Kun Alfred Wegener ehdotti ensimmäisen kerran, että maanosat olivat ajautuneet nykyiseen asemaansa, harvat ihmiset kuuntelivat. Loppujen lopuksi mikä mahdollinen voima voisi siirtää jotain niin suurta kuin maanosa?
Vaikka hän ei elänyt tarpeeksi kauan todistettavaksi, Wegenerin oletettu mannerjännitys kehittyi levytektoniikan teoriassa. Yksi maanosien siirtämismekanismi käsittää konvektiovirrat vaipassa.
Lämmönsiirto tai liikkuva lämpö
Lämpö siirtyy korkeamman lämpötilan alueilta alemman lämpötilan alueille. Kolme lämmönsiirtomekanismia ovat säteily, johtuminen ja konvektio.
Säteily siirtää energiaa ilman kosketusta hiukkasten välillä, kuten auringon säteily Maasta avaruuteen.
Johtaminen siirtää energiaa yhdestä molekyylistä toiseen kosketuksen kautta ilman hiukkasten liikettä, kuten silloin, kun aurinko lämmitetty maa tai vesi lämmittää ilman suoraan yläpuolella.
Konvektio tapahtuu hiukkasten liikkeen kautta. Kun hiukkaset kuumenevat, molekyylit liikkuvat yhä nopeammin, ja kun molekyylit liikkuvat toisistaan, tiheys pienenee. Lämmin, vähemmän tiheä materiaali nousee ympäröivään viileämpään, tiheämpään materiaaliin verrattuna. Vaikka konvektio viittaa yleensä kaasuissa ja nesteissä tapahtuvaan nestevirtaan, konvektio kiinteissä aineissa kuten vaipassa tapahtuu, mutta hitaammin.
Konvektiovirrat mantelissa
Laipan lämpö tulee maan sulasta ulkosydämestä, radioaktiivisten alkuaineiden hajoamisesta ja ylemmässä vaipassa laskeutuvien tektonisten levyjen kitkasta. Lämpö ulommassa ytimessä johtuu maapallon muodostavien tapahtumien jäännösenergiasta ja hajoavien radioaktiivisten alkuaineiden tuottamasta energiasta. Tämä lämpö lämmittää vaipan pohjan arviolta 7230 ° F: seen. Vaipan ja kuoren rajalla. vaipan lämpötila on arviolta 392 ° F.
Lämpötilaero vaipan ylä- ja alarajan välillä edellyttää lämmönsiirtoa. Vaikka johtuminen vaikuttaa ilmeisemmältä lämmönsiirtomenetelmältä, konvektiota esiintyy myös vaipassa. Lämmin, vähemmän tiheä kiviaines lähellä ydintä liikkuu hitaasti ylöspäin.
Suhteellisen viileämpi kivi korkeammasta vaipasta uppoaa hitaasti kohti vaippaa. Lämpimän materiaalin noustessa se myös jäähtyy, lopulta lämpimän nousevan materiaalin työntämä syrjään ja uppoaa takaisin kohti ydintä.
Manttimateriaali virtaa hitaasti, kuten paksu asfaltti tai vuorijäätikkö. Vaikka vaipan materiaali pysyy kiinteänä, lämpö ja paine antavat konvektiovirrojen siirtää vaipan materiaalia. (Katso vaipan konvektiokaavion kohdasta Resurssit.)
Tektonisten levyjen siirtäminen
Levytektoniikka antaa selityksen Wegenerin ajelehtiville mantereille. Levytektoniikassa todetaan lyhyesti, että maapinta on hajotettu levyiksi. Jokainen levy koostuu litosfäärilevyistä, maapallon kivisestä ulkokerroksesta, joka sisältää kuoren ja ylimmän vaipan. Nämä litosfääriset kappaleet liikkuvat astenosfäärin päällä, muovikerroksessa vaipan sisällä.
Konvektiovirrat vaipan sisällä tarjoavat yhden potentiaalisen liikkeellepanevan voiman. Vaipan materiaalin plastinen liike liikkuu kuin vuorijäätiköiden virtaus, joka kuljettaa litosfäärilevyjä pitkin, kun vaipan konvektioliike siirtää astenosfääriä.
Levyn vetäminen, laattojen imu ja harjanne voi myös vaikuttaa levyn liikkumiseen. Levyn vetäminen ja laattojen imu tarkoittavat, että laskeutuvan levyn massa vetää takana olevan litosfäärisen laatan astenosfäärin yli ja subduktiovyöhykkeelle.
Ridge push sanoo, että kun vähemmän tiheä uusi magma, joka nousee valtameren harjanteiden keskelle, jäähtyy, materiaalin tiheys kasvaa. Lisääntynyt tiheys kiihdyttää litosfäärilevyä kohti subduktiovyöhykettä.
Konvektiovirrat ja maantiede
Lämmönsiirto tapahtuu myös ilmakehässä ja hydrosfäärissä, jotta voidaan kutsua kaksi maakerrosta, joissa konvektiovirrat tapahtuvat. Auringon säteilevä lämmitys lämmittää maan pintaa. Tuo lämpö siirtyy viereiseen ilmamassaan johtamisen kautta. Lämmitetty ilma nousee ja korvataan viileämmällä ilmalla, mikä luo ilmakehään konvektiovirtoja.
Samoin auringon lämmittämä vesi siirtää lämmön alemmille vesimolekyyleille johtumisen kautta. Kun ilman lämpötila laskee, alla oleva lämpimämpi vesi liikkuu takaisin kohti pintaa ja kylmempi pintavesi uppoaa, mikä luo kausiluonteisia konvektiovirtoja hydrosfäärissä.
Lisäksi maapallon kierto siirtää lämpimän veden päiväntasaajalta kohti pylväitä, jolloin saadaan valtameri virrat, jotka siirtävät lämpöä päiväntasaajalta napoihin ja työntävät kylmää vettä napoista kohti päiväntasaaja.